Métodos de separação e identificação de cátions e ânions

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SEPARAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE ÍONS EM RESÍDUOS AQUOSOS PARA FERTIRRIGAÇÃO DE CULTURAS DE ALFACE 
1. INTRODUÇÃO
Métodos de separação e identificação de cátions e ânions 
Em Química Analítica Qualitativa os conteúdos são voltados para estudos de métodos e reações para a separação e identificação de cátions e ânions, presentes em amostras conhecidas ou mesmo desconhecidas. Os cátions são classificados, em suas metodologias de separação, em cinco grupos, os quais possuem reagentes para separação de cada grupo. Os grupos I, II, III, IV e V tem como seus precipitantes de grupo: ácido clorídrico (HCl), ácido sulfídrico (H2S), sulfeto de amônio em meio neutro ou amoniacal (NH4S) e carbonato de amônio em presença de cloreto de amônio [(NH4)2CO3)], respectivamente, e o sobrenadante final contém os cátions do grupo V, que não precipitam na adição dos reagentes adicionados (VOGUEL, 1979). A disposição dos íons e seus respectivos reagntes de grupo são exibidos na tabela 1.
Tabela 1. Separação dos cátions adotada por Voguel
	Grupos 
	Reagente precipitante do grupo 
	Cátions presentes
	I
	Ácido clorídrico
	Ag+ , Pb2+ e Hg22+
	II
	S2- em meio ácido diluído
	As(III), As(V), Sb(III), Sb(V), Sn2+, Sn4+, Hg2+, Pb2+, Bi(III), Cu2+ e Cd2+
	III
	Sulfeto de amônio em meio neutro ou amoniacal
	Fe3+, Al3+, Cr3+, Ni2+, Co2+, Zn2+ e Mn2+
	IV
	Carbonato de amônio em presença de cloreto de amônio
	Mg2+, Ba2+, Ca2+ e Sr2+
	V
	Não tem reagente
	Na+, K+ e NH4+
Os ânions também podem ser separados em grupos, porém, diferente dos cátions, não há uma separação sistemática (BACCAN et. al., 1997), sendo sua classificação baseada em reações que ocorrem em meios ácidos diluídos (ABREU, 2006). A disposição dos íons e seus respectivos reagentes de grupo são exibidos na tabela 2. 
Tabela 2. Separação dos cátions adotada por Abreu apud Moeller e O’Connor 
	Grupos 
	Reagente precipitante do grupo 
	Cátions presentes
	I
	HClO4 diluído (6 mol L-1)
	CO32-, NO2-, S2-, SO3- e S2O32-
	II
	HClO4 diluído (6 mol L-1) e AgNO3
	Br-, Cl-, I-, S2- e S2O3 2-
	III
	Solução neutra e AgNO3
	C2H3O2-, AsO43-, CO32-, CrO42, NO2-, C2O42-, PO43-, BO33-, SO42-, SO3- e S2O32-
	IV
	Não possui reagente de grupo
	C2H3O2-, F-, NO3-, MnO4- e SO42-
Dentre tais métodos, muitos são viáveis para reprodução em laboratório e outros não, porque existem reagentes que precisam ser produzidos, como por exemplo o ácido sulfídrico usado nas reações de precipitação do grupo II e III dos cátions. Porém, com preparação e fundamentação nos métodos de produção pode-se tornar os experimentos viáveis. 
1.1. Geração de resíduos aquosos
Mediante a presente escassez de recursos hídricos e a constante necessidade de produção de alimentos via agricultura vê-se a necessidade de práticas inovadoras que permita burlar essa situação. A utilização de resíduos aquosos na fertirrigação vem sendo estudada por diversos pesquisadores e tem apresentando bons resultados tanto na adição de minerais ao solo como na irrigação em si, além de dar um fim sustentável a efluentes que possivelmente seriam descartados no meio ambiente podendo causar danos ao mesmo.
Na água utilizada na piscicultura há um acúmulo de excrementos e resíduos, provenientes principalmente da ração oferecida aos peixes que se alimentam e produzem excretas ricas em nutrientes. O descarte dessa água na natureza não é viável já que pode conter grandes quantidades de matérias orgânicas que causam consequências ao solo e mananciais. Essa água contém um grande acumulo de nutrientes principalmente nitrogênio que ocorre em maior índice na água na forma de N-orgânico além de demais nutrientes como fósforo (PO3-), potássio (K+), cálcio (Ca2+) e magnésio (Mg2+) (CORTEZ 2008), que normalmente estão presentes nas rações, e pode ser utilizada na irrigação se tornando uma boa alternativa para o aproveitamento deste resíduo.
Durante a fabricação do queijo é obtido o soro do leite, a cada quilo de queijo fabricado uma média de 10 litros de soro é produzido, dado a esse alto índice de fabricação de resíduo e suas características físico-químicas o mesmo se apresenta improprio para o descarte indiscriminado junto aos demais resíduos líquidos gerados pela indústria (GIROTO 2001), contendo nutrientes, como cálcio (Ca2+), potássio (K+), fósforo (PO3-), magnésio (Mg2+). Devido a essa rica constituição nutricional vem sendo estudado alternativas para o seu reuso onde pode ser utilizado em várias aplicações alimentícias devido aos seus benefícios para a saúde, sendo uma excelente fonte de aminoácidos indispensáveis.
A cultura de cana-de-açúcar com a finalidade de ser utilizada como combustível tem gerado um crescente volume de vinhaça também conhecida como melaço de cana-de-açúcar que é o resíduo gerado através da produção de álcool, possuindo um alto poder poluente maior até que o do esgoto doméstico por conta de ser rico em matéria orgânica, pH baixo, elevado fator de corrosividade além de alta DBO (SILVA, GRIEBELER e BORGES, 2007), e alta característica como fertilizante pois é rico em potássio (K+), nitrogênio (NO3-), enxofre (SO2-), cálcio (Ca2+), matéria orgânica e água. Devido aos desequilíbrios ecológicos caudados pelo descarte da vinhaça na água, buscaram alternativa para aproveitamento desse resíduo, e o que se destaca é o seu uso como fertilizante, através da fertirrigação.
1.2. Demanda de micro e macronutrientes em culturas de Alface 
A alface (Lactuca sativa) é uma das hortaliças mais consumidas pelo mundo, de acordo com Agrinual (1998) ela junto ao tomate lideram o ranking de presença na mesa dos brasileiros. Ela apresenta caule grosso e folhas grandes que se prendem ao pequeno caule podendo ser lisas ou crespas e dependendo do tipo podem formar uma cabeça de folhas (REIS FILGUEIRA, 2003).
Para toda planta se desenvolver é necessário alguns nutrientes essenciais e com a alface não poderia ser diferente, segundo Katayama (1993) apud Abreu (2008) apesar de absorver baixas quantidades de nutrientes quando comparadas as outras culturas essa hortaliça pode ser considerada como exigente em nutrientes principalmente durante o fim de seu ciclo de produção, para Zambon (1982) a alface absorve em maiores quantidades nutrientes como potássio, nitrogênio, fósforo e cálcio, sendo esse primeiro de acordo com Garcia et al. (1982) e Mota (1999) o elemento mais exigido que auxiliaria no aumento da resistência da planta a pragas e doenças, aumento da biomassa, ativação de processos enzimáticos etc. Para Reis Filgueira (2003) a alface por se tratar de uma hortaliça folhosa a mesma responde bem a adubação nitrogenada proporcionando maior rendimento, produção uniforme e de maior valor comercial. De forma geral o potássio não é tão requisitado quanto nitrogênio e potássio em deficiência na alface apode causar atraso no crescimento e má formação das folhas. O cálcio tem a função de manter a integridade da parede celular da planta, o seu fornecimento inadequado pode causar necrose na folha principalmente nas extremidades (ABREU 2008). 
Nesse contexto, amostras de resíduo de piscicultura, soro de leite e melaço de cana-de-açúcar foram coletadas para a separação e identificação dos cátions e ânions presentes, a fim de analisar a viabilidade do seu uso na fertirrigação de culturas de alface. 
2. PARTE EXPERIMENTAL
Para a separação e identificação de cátions e ânions presentes nas amostras, que podem atuar como micro e macronutrientes para a cultura de alface, adequou-se alguns aspectos da marcha analítica, como a precipitação direta de cátions por hidróxido de sódio, pela ausência do precipitante do grupo II e III dos cátions. Para os ânions, a precipitação foi fundamentada nas metodologias de Vogel, como o teste de anel marrom para identificação de íons nitrato, NO3-. Inicialmente as amostras foram submetidas a digestão por via úmida com ácido nítrico e peróxido de hidrogênio, levando ao aquecimento até a matéria orgânica ser totalmente oxidada e observação de solução límpida e cristalina. A determinação dos precipitados foi visual, não se utilizounenhuma metodologia moderna para identificação. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Amostra 1 – Resíduo de melaço de cana-de-açúcar
3.1.1. Cátions
Com a adição de reagente precipitante NaOH, o íon Cu2+ precipitaria como sólido azul, porém não houve essa observação. O Mn2+, Zn2+ e Mg2+ formaram precipitados branco insolúveis com adição de NaOH, o que justifica a mudança de coloração da solução. Em meio ácido o precipitado de se torna Zn(OH)2 é solúvel, logo, a coloração branca poderia ser devido ao precipitado de Mn(OH)2. Em excesso de reagente o Zn(OH)2 continua solúvel e o Mn(OH)2 insolúvel junto ao Fe(OH)3 que tem coloração avermelhado, sendo o manganês oxidado em contato com o ar formando dióxido de manganês hidratado, MnO(OH)2, justificando a coloração marrom da solução. Após tempo de descanso foi observado a presença de corpo de fundo amarelo gelatinoso, a figura 1 mostra as mudanças observadas em solução. Com a adição de carbonato de amônio, (NH4)2CO3, para identificação de íons cálcio, Ca2+, não houve alteração visível na solução. 
Figura 1. (A) solução pós decomposição de matéria orgânica; (B) pós adição de NaOH; (C) adição de NaOH em excesso e (D) corpo de fundo formado pós repouso
3.1.2. Ânions
Com adição de cloreto de bário, BaCl2, formaram precipitados dos íons fulfato, SO42- e fosfato, PO43- em forma de sulfato de bário, BaSO4 e fosfato de bário Ba3(PO4)2, os precipitados foram solubilizados em ácido clorídrico, HCl, porém, os íons sulfato são insolúveis nesse meio possibilitando sua separação por filtração. Para precipitação do íon fosfato foi adicionado cloreto de amônio, NH4Cl, formando Ba3(PO4)2, os precipitados são mostrados na figura 2. 
Figura 2. (A) precipitado de sulfato de bário e (B) fosfato de bário
O teste do anel marrom de Vogel para identificação de íon nitrato NO3- foi realizado com a amostra, observou-se a formação de anel marrom, devido a formação do complexo [Fe(NO)]2+. Com intuito de melhor visualização, o experimento foi realizado em diferentes concentrações e volumes de amostra e dos reagentes que auxiliam na identificação, como mostra a figura 3.
Figura 3. Formação de anel marrom em diferentes volumes e concentrações de amostra e reagentes do teste
3.2. Amostra 2 – Resíduo de soro de leite
3.2.1. Cátions 
Na identificação de íons cálcio dessa amostra, após adição de carbonato de amônio, (NH4)2CO3, observou-se partículas em suspensão por toda a solução que podem estar ligadas a formação de carbonato de cálcio, CaCO3, deixada em repouso formou-se corpo de fundo, esse foi coletado e seco em estufa. Com adição de hidróxido de sódio a solução tornou-se turva devido a formação de hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, a figura 4 mostra o que foi observado. 
Figura 4. (A) e (B) partículas em suspensão e precipitado de carbonato de cálcio respectivamente e (C) solução turva devido a formação de hidróxido de magnésio
3.2.2. Ânions 
O cloreto, Cl-, pode ser identificado pela adição de nitrato de prata, AgNO3, o qual forma um precipitado branco, floculento, de cloreto de prata, AgCl. O precipitado torna-se marrom após alguns minutos devido a oxidação da prata, figura 5. 
Figura 4. Cloreto de prata formado após adição de nitrato de prata
3.3. Amostra 3 – Resíduo piscicultura
Nessa amostra não houve alteração de coloração da solução com adição dos agentes precipitantes, tais como: hidróxido de sódio (NaOH), carbonato de cálcio (CaCO3) e cloreto de bário (BaCl2), não havendo a identificação dos mesmos. 
4. CONCLUSÃO
Com os resultados pode-se concluir que a amostra mais adequada e propícia para uso na fertirrigação em culturas de alface é o melaço de cana-de-açúcar, este apresentou a maior quantidade de cátions e ânions que são importantes nas fases de crecimento da alface, como a presença de magnésio, ferro, nitrogênio, fósforo e potássio, os quais formam nutrientes necessários para o aumento da resistência a pragas e doenças, aumento de produtividade, entre outros benefícios. 
5. REFERÊNCIAS
ABREU, IM de O. Produtividade e qualidade microbiológica de alface sob diferentes fontes de adubos orgânicos. 2008. Dissertação (Mestrado em Ciências Agrárias) - Universidade de Brasília.
Baccan, N.; Aleixo, L. M.; Stein, E.; Godinho, O. E. S.; Introdução à Semimicroanálise Qualitativa, 7a ed., Ed.UNICAMP: Campinas, 1997
CORTEZ, Glauco EP et al. Qualidade química da água residual da criação de peixes para cultivo de alface em hidroponia. Revista Brasileira de engenharia agrícola e ambiental, p. 494-498, 2009.
DE ABREU, Daniela Gonçalves et al. Uma proposta para o ensino da química analítica qualitativa. Química Nova, v. 29, n. 6, p. 1381, 2006.
GARCIA, Lina LC et al. Nutrição mineral de hortaliças. XLIX. Concentração e acúmulo de macronutrientes em alface (Lactuca sativa L.) cv. Brasil 48 e Clause's Aurélia. Anais da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, v. 39, n. 1, p. 455-484, 1982.
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MOTA, J. H. Efeito do potássio através da Fertirrigação na produção fa alface americana em cultivo protegido. Lavras – MG. UFLA. 46p. 1999. Dissertação de Mestrado.
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VOGEL, Arthur I.; QUALITATIVA, Química Analítica. 5ª edição. 1981.
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